9.14: Metallerde Bağlanma

İki metal atomu arasında metalik bağlar oluşur. Metalik bağları açıklamak için basitleştirilmiş bir model Paul Drüde tarafından “Elektron Deniz Modeli” olarak adlandırılmıştır. 

Elektron Deniz Modeli

Çoğu metal atomu, iyonik veya kovalent bağa girmek için yeterli değerlik elektronuna sahip değildir. Bununla birlikte, metal atomlarındaki değerlik elektronları, düşük elektronegatiflikleri veya çekirdekle olan çekimleri nedeniyle gevşek bir şekilde tutulur. Metal atomlarının iyonlaşma enerjisi (atomdan bir elektronu çıkarmak için gereken enerji) düşüktür, bu da valans elektronlarının ana atomdan kolayca uzaklaştırılmasını kolaylaştırır. Atom, pozitif yüklü bir metal iyonu oluşturur, serbest dış elektronlar ise negatif yüklü yer değiştirmiş elektron bulutları olarak bulunur. Bu elektronlar, bu negatif ve pozitif yüklü türler arasında güçlü, çekici bir kuvvet aracılığıyla birden fazla komşu metal katyon tarafından paylaşılabilir. Negatif yüklü elektronlar ve metal katyonlar arasındaki böylesine çekici bir kuvvete, atomları bir arada tutan metalik bağlar denir. Bu elektron deniz modeli, ısıya ve elektriğe iletkenlik, yüksek erime ve kaynama noktaları, işlenebilirlik ve sünebilirlik gibi metallerin çoğu fiziksel özelliğini açıklar.

Metallik Katılık

Elektron deniz modeli, yüksek termal ve elektriksel iletkenlik, metalik parlaklık, süneklik ve şekillendirilebilirlik dahil olmak üzere çeşitli metalik özellikleri hesaba katar. Lokalize elektronlar, metalin bir ucundan diğerine düşük dirençle hem elektrik hem de ısı iletebilir. Metalik bağ, iki spesifik metal atomu arasında değil, metal iyonları ile birçok yer değiştirmiş elektron arasındadır ve metallerin basınç ve ısı altında parçalanmadan veya kırılmadan deforme olmasına izin verir. Demir, cıva veya bakır gibi farklı metaller fiziksel özelliklerinde farklılık gösterir ve metaller arasındaki metalik bağ gücü farkını yansıtır.

Bakır, alüminyum ve demir kristalleri gibi metalik katılar, metal atomlarından oluşur: tümü yüksek termal ve elektrik iletkenliği, metalik parlaklık ve işlenebilirlik sergiler. Birçoğu çok sert ve oldukça güçlü. Dövülebilirlikleri nedeniyle (basınç veya çekiçleme altında deforme olma yetenekleri) kırılmazlar ve bu nedenle yararlı inşaat malzemeleri yaparlar. Metallerin erime noktaları çok çeşitlidir. Cıva, oda sıcaklığında bir sıvıdır ve alkali metaller 200 °C'nin altında erir. Bazı geçiş sonrası metaller de düşük erime noktalarına sahipken, geçiş metalleri 1000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda erir. Bu farklılıklar, metaller arasındaki metalik bağın gücündeki farklılıkları yansıtır.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştırOpenstax, Chemistry 2e, Section 10.5: The Solid State of Matter.

Metalik bağ, iki metal atomu arasındaki bağdır. Ametallere kıyasla, metallerin düşük iyonlaşma enerjileri vardır ve bu da değerlik elektronlarını kolayca kaybetmelerine izin verir. Bu, iyonik ve kovalent bağların aksine metalik bağa farklı özellikler verir.

Metalik bağlar ve özelliklerinin çoğu basit elektron deniz modeli kullanılarak açıklanabilir. Potasyum metalini ele alalım. Düşük iyonlaşma enerjisi nedeniyle, her potasyum atomu valans elektronunu kolayca kaybederek bir katyon haline gelebilir.

Bu potasyum katyonları, negatif yüklü elektron denizine çekildikleri için sıkdizim içinde bir arada tutulurlar. Bu elektronlar herhangi bir iyonla sınırlı değildir, ancak eşit olarak dağılmıştır ve metal içinde hareket etmekte nispeten serbesttir. Elektron deniz modeli, metallerin birkaç önemli özelliğini açıklar.

Örneğin, bakır tel gibi bir metal tele voltaj farkı uygulandığında, negatif yüklü elektronlar telin pozitif ucuna doğru serbestçe hareket ederek bir elektrik akımı oluşturur. Bu nedenle çoğu metal mükemmel elektrik iletkenleridir. Buna karşılık, iyonik bileşikler katı hallerinde elektrik iletkeni değildirler ancak suda çözüldüklerinde elektrik iletebilirler.

Bunun nedeni, kristalin iyonik bir bağda elektronların metalden ametale aktarılması, fakat bir iyonda lokalize kalmasıdır. Bununla birlikte, suda çözündüklerinde, katyonlar ve anyonlar ayrışır ve potansiyel bir farklılığa maruz kaldıklarında hareket ederek elektrik akımı yaratırlar Metaller aynı zamanda mükemmel termal iletkenlerdir. Elektron deniz modeline göre, metalin bir ucuna ısı uygulandığında, elektronlar serbestçe hareket eder ve ısıyı metal boyunca hızla dağıtır.

Metaller, dövülebilir olmaları sayesinde levhalara veya esneklik özelliği sayesinde tellere kolayca dönüştürülebilir. Metallerde lokalize bağlar olmadığından, metal atomları birbirlerinin yanından kayarak kolayca şekil değişikliğine neden olabilir. Elektron yeni şekle göre dizilerek deformiteye uyum sağlarlar.